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EP1525061B2 - Dynamische dickenkorrektur - Google Patents

Dynamische dickenkorrektur Download PDF

Info

Publication number
EP1525061B2
EP1525061B2 EP03764965.4A EP03764965A EP1525061B2 EP 1525061 B2 EP1525061 B2 EP 1525061B2 EP 03764965 A EP03764965 A EP 03764965A EP 1525061 B2 EP1525061 B2 EP 1525061B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strip
thickness
take
coiler
average
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03764965.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1525061B1 (de
EP1525061B8 (de
EP1525061A1 (de
Inventor
Michael Pampel
Günter PAMPEL
Manfred Dr. Jeude
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aluminium Norf GmbH
Original Assignee
Aluminium Norf GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=30469021&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1525061(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Aluminium Norf GmbH filed Critical Aluminium Norf GmbH
Publication of EP1525061A1 publication Critical patent/EP1525061A1/de
Publication of EP1525061B1 publication Critical patent/EP1525061B1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1525061B8 publication Critical patent/EP1525061B8/de
Publication of EP1525061B2 publication Critical patent/EP1525061B2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
    • B21B37/18—Automatic gauge control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
    • B21B37/165—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions responsive mainly to the measured thickness of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B15/00—Arrangements for performing additional metal-working operations specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B2015/0057—Coiling the rolled product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2261/00—Product parameters
    • B21B2261/02—Transverse dimensions
    • B21B2261/04—Thickness, gauge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/04—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring thickness, width, diameter or other transverse dimensions of the product

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for correcting the thickness of a metallic strip during rolling with a roll stand with adjusting elements for regulating the thickness of the metallic strip and at least one take-up reel, according to the preamble of the respective independent claim (see US-A-3540247).
  • the rolled metallic strips When rolling metallic strips, such as strips of aluminum or an aluminum alloy, to reduce their thickness, the rolled metallic strips are wound after passing through a roll stand on a take-up reel as a bunch.
  • An important quality feature of the rolled strip wound up as a bundle is, inter alia, the thickness of the strip and its fluctuations.
  • the thickness of the metallic strip is determined by means of a radiometric measuring method and controlled the control elements of the rolling mill depending on this value.
  • the radiometric measuring method the radiation, transmitted through the metallic strip, of a radiator arranged on the other side of the metallic strip is measured with the aid of a detector arranged on one side of the metallic strip.
  • the radiation measured by the detector is dependent on the absorption in the metallic band, which is determined in particular by the thickness of the metallic strip.
  • the deviation of the radiometrically determined strip thickness from a nominal value of the thickness of the strip is used as an input variable for the control of setting elements of the roll stand for influencing the thickness of the metallic strip.
  • the thickness measurement obtained by radiometry is dependent on further influencing variables, for example the alloy composition of the strip, the air density and air temperature in the measuring path, for example when blowing off or sucking off heated air, the proportion of coolant and lubricant mist in the measuring path and the temperature of the rolling stock and the System components for determining the thickness. Therefore, a determination of the influencing variables and standardization of the radiometric measuring method on the additional parameters is absolutely necessary.
  • a disadvantage of the hitherto known method for correcting the strip thickness of a metallic strip during rolling is that determination of the influencing variables and normalization of the radiometric measuring method to these influencing variables can not take place comprehensively under rolling conditions.
  • determination of the influencing variables and normalization of the radiometric measuring method to these influencing variables can not take place comprehensively under rolling conditions.
  • Variations in sampling as well as measurement uncertainties in spark spectrometry mean that the radiometrically determined thickness is provided with a confidence interval, which must be taken into account depending on the product requirement.
  • the electrical zero point of the detector signal is used with the radiator shutter closed, on the other hand at full irradiation, ie without a sample in the measuring path, a calibration factor is determined which takes into account the absorption conditions in the test section at this time. This happens automatically during the bundle change or at each opening of the spotlight cover without material to be measured.
  • the temperature change in the measuring path with rolling stock is concluded.
  • a detection of the integral temperature profile in the measuring path, which has great variations when rolling through the hot rolled strip, is not possible. The integral temperature profile can therefore not be taken into account in the radiometric thickness determination.
  • control standards i. metallic sheets whose absorption properties do not change except by temperature changes.
  • a correction of the absorption curve stored in the measuring system can be carried out.
  • this adjustment can also be carried out only with interrupted rolling.
  • an average strip thickness of a strip section is determined from at least one strip length measurement and the measurement of the associated rotation of the take-up reel and the setting elements of the rolling stand are controlled at least as a function of the determined mean strip thickness of the strip section
  • Bandes is connected to the take-up reel with the measured tape length and Aufwickelhaspelumwindung, from which can be determined by a fill factor, the average tape thickness.
  • the required measured values of the strip length and of the take-up reel turn are almost independent of the influencing variables of the radiometric thickness measurement, so that a measurement value independent of the environmental conditions of the rolling stand is available for the mean strip thickness of a strip section.
  • the present invention based on the object to provide a method and apparatus for correcting the thickness of a metallic strip in rolling with a roll stand, which or the production of rolled strips with a ensured reduced thickness tolerance. The problem is solved by the method by the characterizing feature combination according to claim 1.
  • the strip thickness is additionally measured radiometrically and the setting elements of the rolling stand are controlled as a function of a radiometric strip thickness corrected with the mean strip thickness
  • an input variable for controlling the strip thickness when rolling a metallic strip which on the one hand enables an almost instantaneous influencing of the adjusting elements and on the other hand can be corrected independently of the typical influencing variables of the radiometric determination of the strip thickness during the rolling process.
  • a particularly high accuracy in the measurement of the strip length during rolling is, according to an advantageously further developed embodiment of the method according to the invention, achieved by measuring the strip length using the laser Doppler velocimetry method.
  • the Laser Doppler Velocimetry (LDV) method is a standard method of measuring flow velocities. The principle is to detect and evaluate the scattered light of a particle which traverses an interference fringe system generated by a laser source. The frequency of the received signal is then proportional to the particle velocity. If the interference fringe system is imaged onto the rolled strip, then the speed of the rolled strip can be determined very precisely by scattered light evaluation. Thus, a high-precision strip length measurement is available for determining the mean strip thickness of a strip section.
  • the number of revolutions of the take-up reel is measured using high-resolution incremental encoders on the take-up reel or take-up reel motor axis, the number of revolutions of the take-up reel necessary for determining the mean strip thickness can be determined with sufficient accuracy in a simple manner.
  • An advantageous embodiment of the inventive method undergoes the fact that a plurality of values for the mean strip thickness of the same strip section is determined by selecting a plurality of different starting points and to be measured tape lengths for the determination of the mean strip thickness.
  • the influence of the coiling process on the filling factor can, according to a further developed embodiment of the method, be taken into account by additionally smoothing the values for the mean strip thickness of the same strip section as a function of the current coil diameter of the strip on the variable-weight take-up reel. In this way it can be prevented that, especially at the beginning of the coiling process, fluctuations in the diameter of the collar have a greater effect on the determination of the mean strip thickness.
  • the process reliability in the determination of the mean strip thickness can be further increased by performing at least one further, redundant strip length measurement according to an advantageous embodiment of the method according to the invention.
  • US-A-3540247 also discloses a device for correcting the thickness of a metallic strip during rolling with at least one rolling stand having adjusting elements for controlling the thickness of the strip, at least one take-up reel and means for measuring the strip length and the extent of the associated rotation of the take-up reel in that means for controlling the setting elements of the rolling stand are provided as a function of an average strip thickness determined from the measured strip length and the associated rotation of the take-up reel.
  • An input to control the actuators is, according to the device according to the invention, immediately after the rolling of the tape available, because in addition means for radiometric thickness determination of the metallic strip between Roll stand and take-up reel are provided.
  • An advantageous embodiment undergoes the device according to the invention in that means for redundant tape length measurement are provided.
  • the process reliability during rolling in relation to the failure of a strip length measuring system can be increased thereby, on the other hand, a check of the respective strip length measurement is possible by the redundant strip length measurement, so that their accuracy can be increased.
  • the accuracy of the tape length measurement can be further increased in that, according to a further developed embodiment of the device according to the invention, for the tape length measurement, a laser Doppler velocimetry system is provided.
  • FIG. 1 illustrated embodiment of an apparatus for correcting the thickness of a metallic strip 1 during rolling has a rolling stand 2 with not shown adjusting elements for regulating the thickness of the belt 1, a deflection roller 3 and a take-up reel 4.
  • an LDV system 5 for measuring the strip length
  • an incremental encoder 6 on the take-up reel axis 7 and a radiator 8 and a detector 9 for radiometric determination of the strip thickness are shown for determining the strip thickness.
  • the Fig. 2a shows the basic sequence of the method for determining the mean strip thickness of a metallic strip 1 using an LDV system 5 and a take-up reel 4.
  • the LDV system 5 measures the tape length during winding of the tape 1 on the take-up reel 4, wherein the first layer of the tape 1 when winding a fixed by the take-up reel 4 radius r occupies.
  • Fig. 2b shows now in a sectional view a take-up reel 4 with several wound layers of a metallic strip 1.
  • the average layer spacing h of the wound strip 1 results from the difference in radius of the radii r m and r n and the number of layers wound between the radii, ie the associated Number of revolutions of the take-up reel 4.
  • H L n n ⁇ ⁇ - L m m ⁇ ⁇ n - m .
  • L n is the length running from an arbitrary starting point
  • n is the associated number of revolutions of the take-up reel 4
  • L m is a fixed length from the same starting point
  • m is the associated number of revolutions of the take-up reel 4 to the fixed length L m .
  • a non-contact and slip-free measurement with the LDV system 5 is preferable, since thus a much more accurate tape length measurement is made possible.
  • High-resolution incremental encoders 6, which are arranged on the winding hull 7, provide the associated number n or m of revolutions of the take-up reel.
  • the calculation of the mean strip thickness takes place after an adjustable strip length with the aid of the computer 10, which on the one hand displays the measured mean strip thickness via the display 11 and on the other hand forwards the value for the dynamic thickness correction to a first comparison device 12.
  • the value of the mean strip thickness is compared with the desired thickness 13 of the strip 1 and the difference is forwarded as a dynamic thickness deviation to a next comparison device 14.
  • the radiometric strip thickness 15 determined with the aid of the radiator 8 and the detector 9 is used to add the value of the dynamic thickness deviation to the comparison device 14 and fed to a further comparison device 17 as a dynamically corrected actual thickness 16. This now determines the controlled variable for the control of the adjusting elements 18 from the deviation of the dynamically corrected actual thickness 16 of the target thickness 13.
  • the value of the dynamic thickness correction during the rolling process already after short tape lengths, for example, after a wound tape length of about 50m, sufficient be accurately determined. Although this does not apply to the beginning of the rolling process, since in that case the fluctuations due to the winding process are still too great, a correction possibility of the radiometrically determined strip thickness 15 is available in the course of the rolling process, which is independent of the influencing variables of the radiometric strip thickness measurements , By excluding these influencing factors, the control of the adjusting elements of the roll stand 18 can be carried out much more accurately, which leads to a significant reduction in the strip thickness tolerances.
  • the block diagram of the control of a corresponding embodiment of a device for correcting the thickness of a metallic strip during rolling shows the Fig. 3 .
  • the parameters, quantities and conditions mentioned below are only to be regarded as an example configuration of the control, which may vary depending on the rolling stock to be produced.
  • Block diagram shown initially has a logical AND gate 19 with 6 inputs 20, 21, 22, 23, 24, 25 and an output 26.
  • the inputs 20 to 24 for example, the conditions as to whether the laser is functional, whether the target thickness is more than 0.8 mm, for example, whether data on the alloy of the alloy are stored in a table, whether manual or automatic mode is selected, and whether the belt speed is greater than, for example, 100 m / min, queried and used to unlock the thickness correction.
  • Other conditions can be considered via additional inputs on the AND gate 19.
  • the input 25 of the AND gate 19 is connected to the output of a logic OR gate 27, which in turn has two inputs 28 and 29, which are connected to the output of the comparison elements 30 and 31, respectively.
  • the comparison element 30 the actual value of the strip length 32 is compared with a calculated from the target thickness 33 via a function member 34 start value of the tape length 35 and an output signal to the OR gate 27 switched as soon as the actual value of the tape length 32 above a certain starting value of the tape length 35th lies.
  • the comparison element 31 compares, with the aid of the absolute element 38, the absolute value of the difference 39 determined between the target thickness 33 and the average strip thickness 37 determined by the differential element 36 with a value dependent on the target thickness 33. If the absolute deviation is less than, for example, 1% of the nominal thickness, the output of the comparison element 31 is switched on and a signal is applied to the input 29 of the OR element 27.
  • a signal is applied to the input 25 of the AND element 19. If the inputs 20 to 25 of the AND element 19 are connected, the output 41 of the logic circuit is set to "auto-correction switched on" via the output 26 of the AND element 19 with the aid of the set element 40. At the same time a signal is applied to the input 42 of the PID gate 43. The PID element 43 then determines the dynamic thickness correction 44 of the radiometrically measured actual thickness 46 of the strip from the control deviation applied in the form of the difference 39 between the desired thickness 33 and the average strip thickness 37 determined by the LDV method. By means of a comparator 46 connected to the PID element 43, however, the regulation of the PID element 43 can be prevented, provided that the deviation 39 is, for example, less than 1% of the nominal thickness 33.
  • the dynamic thickness correction 44 is then added to the measured actual thickness 45 and applied to the input 49 of a switch 50 as a corrected actual thickness 48.
  • the output 51 of the switch 50 is in turn connected directly to an input, not shown, the control of the control elements of the rolling stand.
  • the switch 50 connects the input 49 to the output 51 and the position elements of the rolling stands are controlled with the corrected actual thickness 48.
  • the value output via the output 51 is again compared with the setpoint thickness 33 and the control elements of the roll stand 2 are correspondingly controlled.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes beim Walzen mit einem Walzgerüst mit Stellelementen zur Regelung der Dicke des metallischen Bandes und mindestens einer Aufwickelhaspel, gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhagigen Anspruchs (siche US-A- 3540247).
  • Beim Walzen von metallischen Bändern, beispielsweise Bändern aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, zur Reduzierung deren Dicke werden die gewalzten metallischen Bänder nach dem Durchlauf durch ein Walzgerüst auf einer Aufwickelhaspel als Bund aufgewickelt. Ein wichtiges Qualitätsmerkmal des als Bund aufgewickelten gewalzten Bandes stellt unter anderem die Dicke des Bandes und deren Schwankungen dar.
  • Bisher wird die Dicke des metallischen Bandes mit Hilfe eines radiometrischen Messverfahrens ermittelt und die Stellelemente des Walzgerüstes abhängig von diesem Wert gesteuert. Bei dem radiometrischen Messverfahren wird mit Hilfe eines auf einer Seite des metallischen Bandes angeordneten Detektors die durch das metallische Band transmittierte Strahlung eines auf der anderen Seite des metallischen Bandes angeordneten Strahlers gemessen. Die vom Detektor gemessene Strahlung ist dabei abhängig von der Absorption im metallischen Band, welche insbesondere durch die Dicke des metallischen Bandes bestimmt wird. Die Abweichung der radiometrisch ermittelten Banddicke von einem Sollwert der Dicke des Bandes wird als Eingangsgröße zur Steuerung von Stellelementen des Walzgerüstes zur Beeinflussung der Dicke des metallischen Bandes verwendet. Allerdings ist der radiometrisch gewonnene Dickenmesswert von weiteren Einflussgrößen abhängig, beispielsweise der Legierungszusammensetzung des Bandes, der Luftdichte und Lufttemperatur im Messweg, beispielsweise beim Abblasen oder beim Absaugen von erhitzter Luft, dem Anteil an Kühl- und Schmiermittelnebel im Messweg sowie der Temperatur des Walzgutes und der Systemkomponenten zur Bestimmung der Dicke. Daher ist eine Bestimmung der Einflussgrößen und Normierung des radiometrischen Messverfahrens auf die zusätzlichen Einflussgrößen unbedingt erforderlich.
  • Nachteilig bei dem bisher bekannten Verfahren zur Korrektur der Banddicke eines metallischen Bandes beim Walzen ist, dass eine Bestimmung der Einflussgrößen und eine Normierung des radiometrischen Messverfahrens auf diese Einflussgrößen nicht umfassend unter Walzbedingungen stattfinden kann. So ist zur Korrektur des legierungsabhängigen Absorptionsverhaltens des metallischen Bandes notwendig, an einer Gussprobe mittels Funkenspektrometrie die Legierungszusammensetzung zu messen und daraus einen Absorptionsindex für die Legierung zu errechnen, welcher beim radiometrischen Messverfahren berücksichtigt wird. Variationen bei der Probenentnahme sowie Messunsicherheiten bei der Funkenspektrometrie führen dazu, dass die radiometrisch bestimmte Dicke mit einem Vertrauensbereich versehen ist, der je nach Produktanforderung zu berücksichtigen ist.
  • Zur Normierung der radiometrischen Messwerte wird einerseits der elektrische Nullpunkt des Detektorsignals bei geschlossener Strahlerblende herangezogen, andererseits bei Volleinstrahlung, also ohne Probe im Messweg, ein Abgleichfaktor ermittelt, welcher die Absorptionsbedingungen in der Messstrecke zu diesem Zeitpunkt berücksichtigt. Dies geschieht automatisch während des Bundwechsels bzw. bei jeder Öffnung der Strahlerblende ohne Messgut. Mit Hilfe der Messung der Temperaturänderung und eines daraus ermittelten empirischen Gewichtungsfaktors wird auf die Temperaturänderung im Messweg mit Walzgut geschlossen. Eine Erfassung des integralen Temperaturverlaufs im Messweg, welcher beim Walzen durch das heiße gewalzte Band starke Variationen aufweist, ist nicht möglich. Der integrale Temperaturverlauf kann daher bei der radiometrischen Dickenbestimmung nicht berücksichtigt werden.
  • Weiterhin befinden sich in aus dem Stand der Technik bekannten Anlagen zur Überprüfung der radiometrischen Messstelle in einem hermetisch gekapselten Bereich in unmittelbarer Nähe des Strahlers Kontrollnormale, d.h. metallische Bleche, deren Absorptionseigenschaften sich außer durch Temperaturänderungen nicht verändern. Durch die Überprüfung der Dickenmesswerte dieser Kontrollnormale kann eine Korrektur der im Messsystem hinterlegten Absorptionskurve erfolgen. Dieser Abgleich kann jedoch ebenso nur bei unterbrochenem Walzvorgang durchgeführt werden.
  • Aufgrund der oben geschilderten Nachteile der bisher bekannten Verfahren zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes beim Walzen können die heute geforderten Dickentoleranzen nur schwer eingehalten werden.
  • Gemäß US-A-3540247 wird aus mindestens einer Bandlängenmessung und der Messung der zugehörigen Drehung der Aufwickelhaspel eine mittlere Banddicke eines Bandabschnitts ermittelt und werden die Stellelemente des Walzgerüstes zumindest abhängig von der ermittelten mittleren Banddicke des Bandabschnitts gesteuert Dabei wird ausgenutzt, dass der mittlere Lagenabstand des Bandes auf der Aufwickelhaspel mit der gemessenen Bandlänge und Aufwickelhaspelumdrehung verknüpft ist, woraus sich über einen Füllfaktor die mittlere Banddicke bestimmen lässt. Die benötigten Messgrößen der Bandlänge und der Aufwickelhaspelumdrehung sind dabei nahezu unabhängig von den Einflussgrößen der radiometrischen Dickenmessung, sodass ein von den Umgebungsbedingungen des Walzgerüstes unabhängiger Messwert der mittleren Banddicke eines Bandabschnitts zur Verfügung steht. Es hat sich gezeigt, dass bereits nach kurzen Bandlängen ein hinreichend genauer Wert für die mittlere Banddicke bestimmt werden kann. Durch die Steuerung der Stellelemente zumindest abhängig von der ermittelten mittleren Banddicke des Bandabschnitts kann somit eine Verringerung der Dickentoleranzen des gewalzten Bandes erreicht werden. Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes beim Walzen mit einem Walzgerüst zur Verfügung zu stellen, welches bzw. welche die Herstellung von gewalzten Bändern mit einer verringerten Dickentoleranz gewährleistet. Die Aufgabe wird verfahrensmaßig durch die Kennzeichnende Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelost.
  • Wird die Banddicke zusätzlich radiometrisch gemessen und die Stellelemente des Walzgerüstes abhängig von einer mit der mittleren Banddicke korrigierten radiometrischen Banddicke gesteuert, so ist es gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die radiometrisch ermittelte Banddicke mit Hilfe der ermittelten mittleren Banddicke dynamisch zu korrigieren und die Stellelemente des Walzgerüstes abhängig vom dynamisch korrigierten Banddickenwert zu steuern. Damit steht eine Eingangsgröße zur Steuerung der Banddicke beim Walzen eines metallischen Bandes zur Verfügung, welche einerseits eine nahezu instantane Beeinflussung der Stellelemente ermöglicht und andererseits unabhängig von den typischen Einflussgrößen der radiometrischen Bestimmung der Banddicke während des Walzprozesses korrigiert werden kann.
  • Eine besonders hohe Genauigkeit in der Messung der Bandlänge beim Walzen wird, gemäß einer vorteilhaft weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch erreicht, dass die Bandlänge unter Verwendung des Laser-Doppler-Velocimetrie-Verfahrens gemessen wird. Das Laser-Doppler-Velocimetrie-Verfahren (LDV-Verfahren) ist ein Standardverfahren zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten. Das Prinzip besteht darin, das Streulicht eines Partikels zu detektieren und auszuwerten, welcher ein von einer Laserquelle erzeugtes Interferenzstreifensystem durchquert. Die Frequenz des empfangenen Signals ist dann proportional zur Partikelgeschwindigkeit. Wird das Interferenzstreifensystem auf das gewalzte Band abgebildet, so kann durch Streulichtauswertung die Geschwindigkeit des gewalzten Bandes sehr exakt festgestellt werden. Damit steht eine hochgenaue Bandlängenmessung zur Bestimmung der mittleren Banddicke eines Bandabschnittes zur Verfügung.
  • Wird, gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform, die Umdrehungszahl der Aufwickelhaspel unter Verwendung hochauflösender Inkrementalgeber auf der Aufwickelhaspelachse oder Aufwickelhaspelmotorachse gemessen, kann die zur Ermittlung der mittleren Banddicke notwendige Umdrehungszahl der Aufwickelhaspel auf einfache Weise mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung erfährt das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, dass durch die Wahl einer Mehrzahl von unterschiedlichen Startpunkten und zu messenden Bandlängen für die Bestimmung der mittleren Banddicke eine Mehrzahl von Werten für die mittlere Banddicke des gleichen Bandabschnitts ermittelt wird. Durch diese Maßnahme ist es möglich, eine statistische Auswertung der Werte der mittleren Banddicke eines Bandabschnitts durchzuführen und den Messfehler bei der Bestimmung der mittleren Banddicke eines Bandabschnitts zu verringern, sodass die Banddickentoleranzen des gewalzten Bandes weiter verkleinert werden können.
  • Der Einfluss des Aufhaspelprozesses auf den Füllfaktor kann, gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, dadurch berücksichtigt werden, dass die Werte für die mittlere Banddicke des gleichen Bandabschnitts zusätzlich in Abhängigkeit vom aktuellen Bunddurchmesser des Bandes auf der Aufwickelhaspel mit variabler Gewichtung geglättet werden. Hierdurch kann verhindert werden, dass sich insbesondere zu Beginn des Aufhaspelprozesses Schwankungen des Bunddurchmessers stärker auf die Ermittlung der mittleren Banddicke auswirken.
  • Die Prozesssicherheit bei der Ermittlung der mittleren Banddicke kann dadurch weitergesteigert werden, dass gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, mindestens eine weitere, redundante Bandlängenmessung durchgeführt wird.
  • Wird beim Ausfall einer zur Bestimmung der mittleren Banddicke verwendeten ersten Bandlängenmessung automatisch auf eine weitere, redundante Bandlängenmessung umgeschaltet, kann gewährleistet werden, dass die dynamische Dickenkorrektur kontinuierlichen, auch bei einem Ausfall eines Bandlängenmesssystems, durchgeführt werden kann. Der Walzprozess muss daher nicht unterbrochen werden. US-A-3540247 offenbart außerdem eine Vorrichtung zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes beim Walzen mit mindestens einem Walzgerüst mit Stellelementen zur Regelung der Dicke des Bandes, mindestens einer Aufwickelhaspel sowie Mitteln zur Messung der Bandlänge und des Ausmaßes der zugehörigen Drehung der Aufwickelhaspel dadurch gelöst, dass Mittel zur Steuerung der Stellelemente des Walzgerüstes in Abhängigkeit einer aus der gemessenen Bandlänge und der zugehörigen Drehung der Aufwickelhaspel bestimmten mittleren Banddicke vorgesehen sind. Wie oben bereits geschildert ist es möglich durch diese Maßnahme die Banddicke eines metallischen Bandes beim Walzen nahezu unabhängig von den Umgebungsbedingungen des Walzgerüstes zu messen und einzustellen. Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch die kennzeichnende Markmalskombination gemäß Anspruch 8 gelöst.
  • Eine Eingangsgröße zur Steuerung der Stellelemente steht, gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung, unmittelbar nach dem Walzen des Bandes zur Verfügung, weil zusätzlich Mittel zur radiometrischen Dickenbestimmung des metallischen Bandes zwischen Walzgerüst und Aufwickelhaspel vorgesehen sind. Darüber hinaus wird ermöglicht, dass durch die Steuerung der Stellelemente des Walzgerüstes mit Hilfe eines dynamisch mit der mittleren Banddicke korrigierten, radiometrisch ermittelten Banddickenwertes, die Banddickentoleranz des gesamten Bandes weiter gesenkt werden kann.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung erfährt die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch, dass Mittel zur redundanten Bandlängenmessung vorgesehen sind. Einerseits kann hierdurch die Prozesssicherheit beim Walzen in Bezug auf den Ausfall eines Bandlängenmesssystems gesteigert werden, andererseits ist durch die redundante Bandlängenmessung eine Überprüfung der jeweiligen Bandlängenmessung möglich, so dass deren Genauigkeit gesteigert werden kann.
  • Darüber hinaus kann die Genauigkeit der Bandlängenmessung weiter gesteigert werden, in dem, gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, zur Bandlängenmessung ein Laser-Doppler-Velocimetrie-System vorgesehen ist.
  • Sind hochauflösende Inkrementalgeber an der Aufwickelhaspelachse oder Aufwickelhaspelmotorachse vorgesehen, ist es gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, die zu einer bestimmten Bandlänge zugehörige Drehung der Aufwickelhaspel auf einfache Weise sehr genau zu bestimmen.
  • Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, sowohl das Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung, als auch die Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung vorteilhaft auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 10 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
  • In der Zeichnung zeigt
    • Fig. 1:
    in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes beim Walzen,
    Fig. 2a:
    in einer schematischen Darstellung das im ersten Ausführungsbeispiel verwendete Verfahren zur Bestimmung der mittleren Banddicke aus einer Bandlängenmessung,
    Fig. 2b:
    in einer Schnittansicht eine Aufwickelhaspel mit mehreren aufgewickelten Lagen eines metallischen Bandes und
    Fig. 3:
    in einem Blockschaltbild die Steuerung eines nächsten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes beim Walzen.
  • Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes 1 beim Walzen weist ein Walzgerüst 2 mit nicht dargestellten Stellelementen zur Regelung der Dicke des Bandes 1, eine Umlenkrolle 3 sowie eine Aufwickelhaspel 4 auf. Darüber hinaus sind zur Bestimmung der Banddicke ein LDV-System 5 zur Messung der Bandlänge, ein Inkrementalgeber 6 auf der Aufwickelhaspelachse 7 sowie ein Strahler 8 und ein Detektor 9 zur radiometrischen Ermittlung der Banddicke dargestellt. Beim Walzen wird das metallische Band 1, nachdem es das Walzgerüst 2 verlassen hat, über eine Umlenkrolle 3 umgelenkt und auf der Aufwickelhaspel 4 aufgewickelt. Aus der Umdrehungszahl der Aufwickelhaspel 4 und der zugehörigen Bandlänge kann eine mittlere Banddicke berechnet werden.
  • Die Fig. 2a zeigt den prinzipiellen Ablauf des Verfahrens zur Bestimmung der mittleren Banddicke eines metallischen Bandes 1 mit Hilfe eines LDV-Systems 5 und einer Aufwickelhaspel 4. Das LDV-System 5 misst dabei die Bandlänge beim Aufwickeln des Bandes 1 auf die Aufwickelhaspel 4, wobei die erste Lage des Bandes 1 beim Aufwickeln einen durch die Aufwickelhaspel 4 fest vorgegebenen Radius r einnimmt.
  • Fig. 2b zeigt nun in einer Schnittansicht eine Aufwickelhaspel 4 mit mehreren aufgewickelten Lagen eines metallischen Bandes 1. Der mittlere Lagenabstand h des aufgewickelten Bandes 1 ergibt sich aus der Radiendifferenz der Radien rm und rn und der Anzahl der aufgewickelten Lagen zwischen den Radien, also der zugehörigen Umdrehungszahl der Aufwickelhaspel 4. Für den mittleren Lagenabstand h zwischen zwei beliebigen Aufwickelradien rm und rn gilt daher: h = L n n ⁢ π − L m m ⁢ π n − m ,
    Figure imgb0001
    wobei Ln die ab einem willkürlichen Startpunkt laufende Länge ist, n die zugehörigen Anzahl der Umdrehung der Aufwickelhaspel 4, Lm eine Festlänge ab dem gleichen Startpunkt und m die zugehörige Anzahl an Umdrehungen der Aufwickelhaspel 4 zur Festlänge Lm ist.
  • Wie Fig. 1 wiederum zeigt, kann, um die Bandlängen Ln oder Lm zu messen, prinzipiell auch die Umlenkrolle 3 verwendet werden, jedoch ist eine berührungslose und schlupffreie Messung mit dem LDV-System 5 vorzuziehen, da somit eine wesentlich genauere Bandlängenmessung ermöglicht wird. Hoch auflösende Inkrementalgeber 6, welche auf der Aufwickelhapsel 7 angeordnet sind, liefern die zugehörigen Anzahl n oder m der Umdrehungen der Aufwickelhaspel. Mit diesen Messwerten wird zunächst ein mittlerer Lagenabstand h nach der obigen Formel berechnet, sodass aus h die mittlere Banddicke eines Bandabschnitts mit Hilfe eines Füllfaktors berechnet werden kann. Die Berechnung der mittleren Banddicke erfolgt nach einer einstellbaren Bandlänge mit Hilfe des Rechners 10, der einerseits die gemessene mittlere Banddicke über die Anzeige 11 anzeigt und andererseits den Wert zur dynamischen Dickenkorrektur an eine erste Vergleichseinrichtung 12 weiterleitet. In der Vergleichseinrichtung 12 wird nun der Wert der mittleren Banddicke mit der Solldicke 13 des Bandes 1 verglichen und die Differenz als dynamische Dickenabweichung an eine nächste Vergleichseinrichtung 14 weitergeleitet. Der mit Hilfe des Strahlers 8 und des Detektors 9 ermittelten radiometrischen Banddicke 15 wird in der Vergleichseinrichtung 14 der Wert der dynamischen Dickenabweichung aufgeschlagen und als dynamisch korrigierte Istdicke 16 einer weiteren Vergleichseinrichtung 17 zugeführt. Diese ermittelt nun die Regelgröße für die Steuerung der Stellelemente 18 aus der Abweichung der dynamisch korrigierten Istdicke 16 von der Solldicke 13. Der Wert der dynamischen Dickenkorrektur kann, während des Walzprozesses bereits nach kurzen Bandlängen, beispielsweise nach einer aufgewickelten Bandlänge von ca. 50m, hinreichend genau ermittelt werden. Dies gilt zwar nicht für den Beginn des Walzprozesses, da in dem Fall die Schwankungen durch den Aufwickelprozess noch zu groß sind, allerdings steht im weiteren Verlauf des Walzprozesses eine Korrekturmöglichkeit der radiometrisch ermittelten Banddicke 15 zur Verfügung, welche unabhängig von den Einflussgrößen der radiometrischen Banddickenmessungen ist. Durch den Ausschluss dieser Einflussgrößen kann die Steuerung der Stellelemente des Walzgerüstes 18 wesentlich genauer durchgeführt werden, was zu einer deutliche Reduzierung der Banddickentoleranzen führt.
  • Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Korrekturberechnung nur unter bestimmten parametrierbaren Bedingungen freizugeben. Das Blockschaltbild der Steuerung eines entsprechenden Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes beim Walzen zeigt die Fig. 3. Die untenstehend genannten Parameter, Größen und Bedingungen sind dabei nur als eine Beispielkonfiguration der Steuerung anzusehen, welche in Abhängigkeit vom herzustellenden Walzgut variieren kann.
  • Das in Fig. 3 dargestellte Blockschaltbild weist zunächst ein logisches Und-Glied 19 mit 6 Eingängen 20, 21, 22, 23, 24, 25 und einem Ausgang 26 auf. Über die Eingänge 20 bis 24 können beispielsweise die Bedingungen, ob der Laser funktionsfähig ist, ob die Solldicke mehr als beispielsweise 0,8 mm beträgt, ob Daten zu der Legierung der Legierung in einer Tabelle hinterlegt sind, ob Hand-oder Automatikbetrieb gewählt ist und ob die Bandgeschwindigkeit größer als beispielsweise 100 m/min ist, abgefragt und zur Freischaltung der Dickenkorrektur verwendet werden. Weitere Bedingungen können über zusätzliche Eingänge am Und-Glied 19 berücksichtigt werden.
  • Der Eingang 25 des Und-Gliedes 19 ist dabei mit dem Ausgang eines logischen Oder-Gliedes 27 verbunden, das seinerseits zwei Eingänge 28 und 29 aufweist, welche mit dem Ausgang der Vergleichsglieder 30 bzw. 31 verbunden sind. Im Vergleichsglied 30 wird nun der Istwert der Bandlänge 32 mit einem aus der Solldicke 33 über ein Funktionsglied 34 ausgerechneter Startwert der Bandlänge 35 verglichen und ein Ausgangssignal auf das Oder-Glied 27 geschaltet, sobald der Istwert der Bandlänge 32 oberhalb eines bestimmten Startwertes der Bandlänge 35 liegt. Das Vergleichsglied 31 vergleicht dagegen mit Hilfe des Absolutgliedes 38 den Absolutwert der mit dem Differenzglied 36 ermittelten Differenz 39 zwischen der Solldicke 33 und der mit dem LDV-Verfahren ermittelten mittleren Banddicke 37 mit einem von der Solldicke 33 abhängigen Wert. Ist die absolute Abweichung kleiner als beispielsweise 1% der Solldicke, so wird der Ausgang des Vergleichsgliedes 31 aufgeschaltet und am Eingang 29 des Oder-Gliedes 27 liegt ein Signal an.
  • Ist also die Abweichung der mittleren Banddicke 37 von der Solldicke 33 kleiner 1% der Solldicke oder der Istwert der Bandlänge 32 größer als ein Startwert der Bandlänge 35, so liegt an dem Eingang 25 des Und-Gliedes 19 ein Signal an. Sind die Eingänge 20 bis 25 des Und-Gliedes 19 aufgeschaltet, so wird über den Ausgang 26 des Und-Gliedes 19 mit Hilfe des Setz-Gliedes 40 der Ausgang 41 der Logikschaltung auf "Auto-Korrektur eingeschaltet" gesetzt. Gleichzeitig wird am Eingang 42 des PID-Gliedes 43 ein Signal angelegt. Das PID-Glied 43 bestimmt dann aus der in der Form der Differenz 39 zwischen der Solldicke 33 und der mit dem LDV-Verfahren ermittelten mittleren Banddicke 37 anliegenden Regelabweichung die dynamischen Dickenkorrektur 44 der radiometrisch gemessenen Istdicke 46 des Bandes. Durch ein mit dem PID-Glied 43 verbundenes Vergleichsglied 46 kann die Regelung des PID-Gliedes 43 allerdings unterbunden werden, sofern die Regelabweichung 39 beispielsweise kleiner als 1% der Solldicke 33 beträgt.
  • In dem Addier-Glied 47 wird nun die dynamische Dickenkorrektur 44 zur gemessenen Istdicke 45 aufaddiert und als korrigierte Istdicke 48 auf den Eingang 49 eines Schalters 50 gelegt. Der Ausgang 51 des Schalters 50 ist wiederum direkt mit einem nicht dargestellten Eingang der Steuerung der Stellelemente des Walzgerüstes verbunden.
  • Ist der Ausgang 41 der Logikschaltung auf "Autokorrektur ein" geschaltet, liegt also ein Signal am PID-Glied 43 an, so verbindet der Schalter 50 den Eingang 49 mit dem Ausgang 51 und die Stelleelemente der Walzgerüste werden mit der korrigierten Istdicke 48 gesteuert. Dabei wird in der nicht dargestellten Steuerung der Stellelemente der über den Ausgang 51 ausgegebene Wert mit der Solldicke 33 erneut verglichen und die Stellelemente des Walzgerüstes 2 entsprechend gesteuert.
  • Darüber hinaus ist es möglich mit Hilfe des Schalters 50 die Steuerung der Stellelemente manuell auf die Istdicke 46 umzuschalten, indem der Ausgang 51 des Schalters 50 mit dem Eingang 52 des Schalters 50 verbunden wird. Unter bestimmten Umständen kann auch ein automatisches Umschalten auf die Steuerung mit der Istdicke 46 erfolgen, nämlich dann, wenn über das Oder-Glied 53 das Reset-Gliedes 54 der Ausgang 41 zurückgesetzt wird. Dies ist der Fall, wenn der Eingang 55 des Oder-Gliedes 53, welcher den Betriebszustand Strahlers im Auslauf prüft, oder der Eingang 56 des Oder-Gliedes 53, der die Unterschreitung eines Mindestwertes für die Bandgeschwindigkeit überwacht, ein Signal führen. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass trotz ausgeschaltetem Strahler 8 im Auslauf des Bandes 1 eine automatische Dickenkorrektur vorgenommen wird.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes beim Walzen mit einem Walzgerüst mit Stellelementen zur Regelung der Dicke des Bandes und mindestens einer Aufwickelhaspel, wobei aus mindestens einer Bandlängenmessung und der Messung der zugehörigen Drehung der Aufwickelhaspel eine mittlere Banddicke eines Bandabschnitts ermittelt wird und die Stellelemente des Walzgerüstes zumindest abhängig von der mittleren Banddicke des Bandabschnitts gesteuert werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Banddicke zusätzlich radiometrisch gemessen wird, die Stellelemente des Walzgerüstes von einer mit der mittleren Banddicke korrigierten radiometrischen Banddicke gesteuert werden und die Bandlänge unter Verwendung des Laser-Doppler-Velocimetrie-Verfahrens gemessen wird.
  2. Verfahren nach Anspruche 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Umdrehungszahl der Aufwickelhaspel unter Verwendung hochauflösender Inkrementalgeber auf der Aufwickelhaspelachse oder Aufwickelhaspelmotorachse gemessen wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    durch die Wahl einer Mehrzahl von unterschiedlichen Startpunkten und zu messenden Bandlängen für die Bestimmung der mittleren Banddicke eine Mehrzahl von Werten für die mittlere Banddicke des gleichen Bandabschnitts ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Werte für die mittlere Banddicke des gleichen Bandabschnitts zusätzlich in Abhängigkeit vom aktuellen Bunddurchmesser des Bandes auf der Aufwickelhaspel mit variabler Gewichtung geglättet werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens eine weitere, redundante Bandlängenmessung durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    beim Ausfall einer zur Bestimmung der mittleren Banddicke verwendeten ersten Bandlängenmessung automatisch auf eine weitere, redundante Bandlängenmessung umgeschaltet wird.
  7. Vorrichtung zur Korrektur der Dicke eines metallischen Bandes (1) beim Walzen mit mindestens einem Walzgerüst (2) mit Stellelementen zur Regelung der Dicke des Bandes, mindestens einer Aufwickelhaspel (4), Mitteln zur Messung der Bandlänge (5) und des Ausmaßes der zugehörigen Drehung der Aufwickelhaspel (6) und Mitteln (18) zur Steuerung der Stellelemente des Walzgerüstes (2) in Abhängigkeit einer aus der gemessenen Bandlänge und zugehörigen Drehung der Aufwickelhaspel (4) bestimmten mittleren Banddicke, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zusätzlich Mittel (8, 9) zur radiometrischen Dickenbestimmung des metallischen Bandes (1) zwischen Walzgerüst (2) und Aufwickelhaspel (3) vorgesehen sind und zur Bandlängenmessung ein Laser-Doppler-Velocimetrie-System (5) vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet; dass
    Mittel (5) zur redundanten Bandlängenmessung vorgesehen sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    hochauflösende Inkrementalgeber (6) an der Aufwickelhaspelachse (7) oder Aufwickelhaspelmotorachse vorgesehen sind.
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